用于高压侧输入绕组调整的方法和装置的制作方法

专利名称：用于高压侧输入绕组调整的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及电源，并且更具体地，本发明涉及开关式电源。
背景技术：
电子器件使用电来操作。由于成本低，线性电源或者适配器被广泛地用于驱动 电子产品，而充电蓄电池被广泛地用于驱动移动产品，例如无线电话、掌上电脑(palm top computer)、玩具等。但是，线性适配器一般包括50_60Hz的变压器，这些变压器导致线性电 源非常笨重以及效率低。在许多应用中，相对于线性电源而言，开关式电源在被使用时具有尺寸小、重量 轻、效率高以及空载时功率消耗低的好处。但是，由于相对高的部件数目和成本，以及电路 系统的复杂性，已知的开关式电源在低功率水平一例如在5瓦以下一时总体比它们所对 应的线性电源更昂贵。因此，在具有5瓦以下的功率水平的应用中通常仍然采用线性电源， 尽管这些线性电源笨重且低效。在使用开关式电源的情况下，需要进一步降低成本和部件 数量，以加速市场上认可开关式电源在这些应用中的应用。


参考下列附图描述本发明的非限制性和非穷举性的实施方案，其中各种视图中的 相同参考数字指示相同的部分，除非另有说明。图1是一个示意图，示出了根据本发明教导的电源的一个实施例，所述电源包括 电源控制器，该电源控制器被连接以通过在功率开关的断开期间采样来自电源的能量传递 元件输入的反射电压而调整电源的输出。图2是一个方块图，示出了根据本发明教导的电源控制器的一个实施例，所述电 源控制器通过在功率开关的断开期间采样来自电源的能量传递元件输入的反射电压而调 整电源的输出。图3图解了根据本发明教导的一个示例性电源控制器的内部细节，所述电源控制 器实施一种控制技术，以通过在功率开关的断开期间采样来自电源的能量传递元件输入的 反射电压而调整电源的输出。图4示出了根据本发明教导的状态机的各种状态以及相应的参数的一个实施 例，所述状态机被包括在实施一种控制技术的开关传导型时序电路(switch conducting scheduling circuit)中。
具体实施例方式公开了用于实施电源控制技术的方法和装置。在下面的说明中，列出了许多具体 细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，对于本领域普通技术人员明了的是，为实践本 发明，具体细节可以不必被采用。在另一些情况中，为了避免模糊本发明，公知的材料或者 方法未被详细描述。
贯穿本说明书引用的“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或者“一实施 例”意味着针对该实施方案或者实施例描述的具体特征、结构或者特性包括在本发明的至 少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书的各个位置出现的措辞“在一个实施方案中”、 “在一实施方案中”、“一个实施例”或者“一实施例”未必全部指的是相同的实施方案或者实 施例。此外，所述具体特征、结构或者特性可以通过任何合适的组合和/或子组合被合并在 一个或多个实施方案或者实施例中。具体的部件、结构或特征可以被包括进一个集成电路 中、一个电子电路中、一个组合式逻辑电路中或其他合适的能提供所描述的功能的元件中。 另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且所述图未 必按比例绘制。如将讨论的，根据本发明教导的电源控制器被定位在高压侧或者被连接至功率转 换器的正供电轨。在一个实施例中，该电源控制器被连接在整流级的输出和能量传递元件 或变压器的输入或者初级绕组的第一端子之间。在一实施例中，该控制器包括一个功率开 关，当功率开关被切换至接通时，其允许电流流过该变压器的初级绕组。当该功率开关断开 时，在功率接通期间被存储在该变压器的磁路中的能量被传输至输出或者该变压器的次级 绕组。在一实施例中，所述能量被存储在输出电容中，并且被传输至一个被连接至功率转换 器的输出的负载。在能量被传输至功率转换器的输出期间，变压器的初级绕组上的电压近似等于功 率转换器的输出电压乘以该变压器的初级和次级绕组的匝数比。在能量被传输至功率转换 器的输出期间，变压器的初级绕组上的电压被称为反射电压。因此，在能量被传输至功率转 换器的输出期间，所述变压器的初级绕组上的电压可被用于检测功率转换器的输出电压是 多少。在一个实施方案中，电阻器从变压器初级绕组的第二端子被连接至控制器的端 子，该控制器的端子相对于变压器初级绕组的第一端子处于一已知电压。因而，在能量被 传输至变压器次级期间，所述电阻器中流动的电流将会是功率转换器的输出电压的一个指 示。在能量被传输至功率转换器的输出期间，控制器采样所述电流。这一信息然后可被用 于确定下一次功率开关接通时多少能量要被传输至初级绕组，或者甚至是否切换功率开关 至接通，例如，是否跳过一个开关周期(switching cycle).在一个实施例中，跳过周期的控制技术一还被称为开/关控制一被使用，因为它 帮助消除一在没有必要传输能量至功率转换器的输出时一与切换功率开关至接通和断开 相关联的损耗。因此，这就提高了功率转换器的效率，尤其是在被连接至功率转换器的输出 的负载几乎不要求能量的条件下。但是，因为有必要周期性地检查功率转换器的输出电压 是多少以防例如负载条件突然改变，控制器的一个实施例包括了状态机，所述状态机随着 输出的负载的减小，逐渐地增大所跳过的开关周期的数目。在一个实施例中，这通过使用如 上面所描述的、在每一功率开关接通周期之后的能量被传输至功率转换器的输出期间的采 样反馈信号来实现。然后所述采样反馈信号与在先前的许多开关周期中逐步建立的信息一 起被使用，以确定在又一次切换功率开关至接通之前，要跳过多少周期。所述技术提供了一 种非常简单的反馈电路，其在一个实施例中可以是一个被连接在变压器初级绕组的第二端 子和控制器的反馈端子之间的单个的电阻器。因此，总之，一种根据本发明教导的示例性电源控制器包括高压侧功率开关，该高压侧功率开关被连接在正输入供电轨和电源的能量传递元件输入一例如变压器的输入绕 组一之间。一种采样电路被连接以采样电源的输出，例如变压器的输出绕组上的电压。在 一个实施例中，变压器的输入和输出绕组还分别称为初级和次级绕组。在一个实施例中，采样电路获得电源的采样输出，该采样输出是通过在功率开关 的断开期间采样能量传递元件输入上的反馈电压得到的。在一个实施例中，在跟随功率开 关接通之后的功率开关的断开期间一同时，被连接至输出绕组的二极管导通电流一能量 传递元件输入上的反馈电压反映了电源的输出。所述电源的采样输出在功率开关的接通期 间被禁止重采样。在一个实施例中，电源控制器包括被连接至采样电路和功率开关的控制 电路。根据本发明教导，该控制电路被连接，以根据控制方案响应于电源的采样输出而切换 功率开关，从而调整该电源的输出。举例说明，图1是一个示意图，示出了根据本发明教导的功率控制器101的一个实 施例，所述电源101包括被连接以用来调整电源的输出的电源控制器121。如在描绘的实 施例中所示出的，电源101是包括交流输入103和直流输出155的回扫电压变换器。整流 器107通过电阻器105被连接至交流输入103。在一个实施例中，出于低成本考虑，电阻器 105是可熔电阻器，其代替保险丝用于故障保护。在另一实施例中，保险丝或者类似物可被 用于代替电阻器105。整流器107将来自交流输入103的交流信号转换为直流信号，然后在 一个实施例中该直流信号被电容器113和115过滤，如所示出的，所述电容器113和115跨 接在整流器117上。在一个实施例中，电感器109被连接在电容器113和115之间，从而形 成一个η滤波器，以过滤由电源101生成的电磁干扰(EMI)。在一个实施例中，电阻器111 跨接在电容器113和115之间的电感器109上，以抑制来自电感器109的谐振电感，所述谐 振电感可导致电磁干扰频谱中的一些峰。如所提及的，在一个实施例中，低频(例如，50Hz或者60Hz的工频、高压的交流信 号在交流输入103处被接收，并且通过整流器107以及电容器113和115被转换为高压直 流。因此，正输入供电轨117和负输入供电轨119被设置在电容器115的相对端。正输入 供电轨117和负输入供电轨119之间的电压被施加至能量传递元件145例如变压器，以将 电压转变为通常是较低的电压，并且通常提供安全隔离。能量传递元件145的输出被整流， 以在直流输出1 处提供经调整的直流输出，经调整的直流输出被用于驱动电子器件。在 所描绘的实施例中，能量传递元件145是变压器或者耦合电感器一其中输入绕组161被磁 耦合至输出绕组163。在一个实施例中，如图1示出的，能量传递元件145和电容器147被 连接在交流输入103和直流输出155之间，以在交流输入103和直流输出155之间提供电 气绝缘。如在描绘的实施例中所示出的，电源控制器121包括被连接在第一和第二端子 123和1 之间的功率开关165，所述第一和第二端子123和1 被连接在正输入供电轨 117和能量传递元件145的输入绕组161之间。根据本发明教导，电源控制器121还包括被 连接以控制功率开关165的采样电路169和控制电路167。在操作中，能量以一种被电源调节器121控制的方式，从输入绕组161被传递至次 级绕组163。当电源控制器121内的功率开关165被接通时，输入供电轨117被连接至输入 绕组161，并且电流在输入绕组161中缓升。当电源调节器121内的功率开关165被断开 时，流经输入绕组161的电流被中断，这迫使输入绕组161上的电压Vl 157和次级绕组163上的电压V2 159反转极性。在功率开关165断开时的电压Vl 157和V2 159的反转允许 二极管149导通电流，这就使存储在能量传递元件145中的能量能够传输至电容器151和 直流输出155上的负载153。在图解的实施例中，在功率开关165断开且被连接至输出绕组163的二极管149 传导电流时，输入绕组161上的电压Vl 157是输出绕组163上的电压V2 159的反射电压。 特别地，在功率开关165断开且二极管145传导电流时，输入绕组161上的电压Vl 157是 根据能量传递元件145的匝数比来反映输出绕组163上的电压V2 159的反射电压。相反， 在功率开关165接通时，输入绕组161上的电压Vl 157反映正和负输入轨117和119之间 的输入电压。如图1描绘的实施例中所示出的，电源101包括被连接在电源控制器121的端子 125和输入绕组161之间的电阻器139。在一个实施例中，在功率开关165断开且二极管 149传导电流时，端子125被连接至采样电路169，以检测来自输入绕组161的信号137，从 而提供电源的采样输出。在一个实施例中，可选择的电阻器131未如图1所示被包括在电阻器139和输入 绕组161之间。在此实施例中，信号137是反映了输入绕组161上的反射电压Vl 157的电 流信号。在此实施例中，根据本发明的教导，端子125是一个低阻抗端子，通过该低阻抗端 子，采样电路169被连接，以检测信号137的电流，从而在所述功率开关关断期间对反射电 压Vl 157采样，以提供电源的采样输出。在一个实施例中，电源控制器121的控制电路167 被连接，以响应于该电源的采样输出而切换功率开关165，从而调整电源的直流输出155。 在该实施例中，在功率开关接通期间，电源的采样输出被禁止重采样。但是，在一个实施例 中，根据本发明教导，采样电路169可被连接，以通过端子125，在功率开关165被接通期间 对一个反映了电源的输入电压的信号进行采用，以提供电源的采样输入。在一个实施例中， 根据本发明教导，反映了在功率开关165接通期间的电源的输入电压的信号是在功率开关 165接通期间在电阻器139中流动的电流。在另一实施例中，如在图1中的实施例所描绘的，可选择的电阻器131被包括在电 阻器139和输入绕组161之间，以形成跨接在输入绕组151上的电阻分压器135。在所述 实施例中，信号137是通过电阻分压器135而接收的电压信号。在一个实施例中，所述电压 信号137是基本上等于控制器121的端子125和端子1 之间的电压的电压。在该实施例 中，信号137反映了输入绕组161上的反射电压Vl 157。在所述实施例中，根据本发明教 导，端子125是一个高阻抗端子，通过该高阻抗端子，采样电路169被连接，以在功率开关断 开期间检测信号137的电压，从而采样反射电压Vl 157，进而提供电源的一个采样输出。在 一个实施例中，电源控制器121的控制电路167被连接以响应于电源的采样输出而切换功 率开关165，从而调整功率控制器的直流输出155。在该实施例中，在功率开关的接通期间， 电源的采样输出被禁止重采样。但是，在一个实施例中，根据本发明教导，在功率开关165 接通期间，采样电路169可被连接，以通过端子125采样反映了电源的输入电压的信号。在 一个实施例中，根据本发明教导，反映了功率开关165接通期间的电源的输入电压的信号 是功率开关165接通期间在端子125中流动的电流。因此，如所示出的根据本发明教导的被连接至输入绕组161的高压侧的电源控制 器121的实施例，通过如下方式来调节电源101的直流输出155 在功率开关165断开期间，采样初级绕组161上的反射电压Vl 157，以获得电源的采样输出；以及，在功率开关接通期 间，禁止重采样该采样输出。应理解，如所讨论的，根据本发明教导，通过调整输入绕组161 上的反射电压Vl 157，输出电压V2 159被调整。还应理解，在图解的实施例中，通过电源控制器121而不使用连接至直流输出155 的反馈电路系统，来调整输出电压V2 159。事实上，已知的回扫功率转换器通常利用例如光 耦合器(opto-coupler)或者独立反馈绕组等电路系统来提供反馈信息。因此，与已知的开 关式电源相比，现在描述的电源101的部件数量减少了。在一个实施例中，根据电源调节器121的功率开关的内部限流，设计能量传递元 件145的变压器的匝数比，以适应输出短路电流状况。在一个实施例中，由电源101在直流 输出155处提供恒定的输出电流/恒定的输出电压特性，以用于例如蓄电池充电的应用。在 图解的实施例中，电源101包括跨接在直流输出155上的电阻器153，以提供最小的负载，从 而提高空载时的负载调节。图2是一个方框图，示出了根据本发明教导的电源控制器221的一个实施例，所述 电源控制器221通过在功率开关的断开期间采样来自电源的能量传递元件输入的反射电 压而调整电源的输出。在一个实施例中，电源控制器221是可被用于代替图1的电源控制器 121的控制器的一个实施例。在一个实施例中，电源控制器221被包括在具有少至3个电气 端子的单个单片芯片上。如图2所示出的，电源控制器221包括被连接在电气端子223和 229之间的功率开关沈5。在一个实施例中，功率开关265是金属氧化物半导体场效应晶体 管(MOSFET)。在一个实施例中，功率开关265包括一个η沟道M0SFET，所述η沟道MOSFET 具有被连接至端子223的漏极，以及被连接至端子229的源极。在一个实施例中，端子223 被连接至正输入供电轨，并且端子2 被连接至电源的能量传递元件。如所描绘的实施例示出的，电源控制器221还包括被连接的采样电路沈9，用以通 过控制端子225来接收信号。在一个实施例中，采样电路269被连接，以通过控制端子225 来接收电流，所述电流响应于来自电源的能量传递元件的反射电压，电源控制器221被连 接以调整该反射电压。在另一实施例中，采样电路269被连接以在控制端子225接收相对 于端子2 的电压，该电压响应于来自电源的能量传递元件的反射电压，电源控制器221被 连接以调整该反射电压。在所描绘的实施例中，采样电路269被连接，以采样通过控制端子225接收的信 号，从而在功率开关沈5的断开期间采样电源的能量传递元件输入上的信号，以提供电源 的采样输出Ufb214。在这些实施例中，在功率开关265接通时，电源的采样输出禁止被采样 电路重采样。在一个实施例中，控制电路267被连接至采样电路，以接收采样输出Ufb214。 在该实施例中，控制电路267还被连接至功率开关沈5，以响应于电源的采样输出UFB214而 切换功率开关265。在一个实施例中，电源控制器221还包括被连接至功率开关265和控制电路267 的限流电路268。在一个实施例中，限流电路268被连接，以提供限流信号至控制电路267， 从而限制通过功率开关265的电流。在一个实施例中，限流电路268检测功率开关265接通 时流经该功率开关的电流一通过监测功率开关265的漏-源电压。在一个实施例中，功率 开关265的接通电阻被用作电流检测电阻器。在一个实施例中，当流经功率开关沈5的电 流达到电流极限时，控制电路267相应地调节功率开关沈5的切换，以使流经功率开关265的电流不超出电流极限。在一个实施例中，根据通过控制端子225采样的电源的采样输出， 调整由限流电路268确定的功率开关沈5的电流极限。在另一实施例中，功率开关265可选择地是与电源控制器221的芯片分离的分立 开关。在所述实施例中，电源控制器221包括采样电路沈9、控制器电路267和限流电路 268。图3是一个原理图，示出了根据本发明教导的一个示例性电源控制器321的内部 细节，所述电源控制器321实施一种控制技术，以通过在功率开关的断开期间采样来自电 源的能量传递元件输入的反射电压而调整电源的输出。在一个实施例中，电源控制器321 是可被用来代替图1的电源控制器121或者图2的电源控制器221的控制器的一个实施例。 在一个实施例中，电源控制器321被包括在具有少至3个电气端子的单个的单片芯片上。如所描绘的实施例所示出的，功率开关365响应于来自与门334的驱动信号336 而切换漏极端子323和源极端子3 之间的电流。在一个实施例中，功率开关365包括功 率M0SFET。在一个实施例中，开关传导型时序电路312也被包括，并且生成输出信号328， 所述输出信号3 被连接，以被与门334接收。在一个实施例中，开关传导型时序电路312 包括状态机，并且使用普通的数字电路一例如逻辑门、触发器、锁存器、计数器等一来产生 输出并安排功率开关365的未来的开关周期。如将讨论的，在一个实施例中，根据本发明教导，开关传导型时序电路被连接，以 禁止功率开关365在电源控制器321的一个或多个连续的时钟周期中响应于电源的采样输 出而被切换。在一个实施例中，根据本发明教导，开关传导型时序电路被连接，以使功率开 关365在电源控制器321的下一时钟周期期间响应于电源的采样输出而被切换。返回参考图3中描绘的实施例，与门334被连接，以接收来自可选择的热关断电路 (thermal shutdown circuit) 340的热关断信号330。在该实施例中，每当热关断信号330 变为低时，来自与门334的输出的驱动信号336变为低，以断开功率开关365。当集成电路 的温度超出阈值温度值时，热关断电路340导致热关断信号330变为低。因此，当集成电路 的温度太高时，热关断电路340导致功率开关338断开。如所描绘的实施例中示出的，振荡器3M提供时钟信号3 至开关传导型时序电 路312。在一个实施例中，时钟信号3 被用于确定每一开关周期的启动以及在每一开关周 期中功率开关365可被接通的最大时间。应理解，在另一些实施例中的振荡器3M可选地 提供多个分立的信号，以确定功率开关365的开关周期的起始以及最大接通时间。在一个 实施例中，每一开关周期的持续时间近似为15微秒。在一个实施例中，采样电路369被包括在电源控制器321中。在一个实施例中，采 样电路369包括被连接至信号比较器318和采样信号生成器350的锁存器316。在示出的 实施例中，信号比较器318被连接，以将通过控制端子335接收的检测信号与阈值TH 320 相比较。在一个实施例中，检测信号和阈值TH 320是电流信号。在所述实施例中，信号比 较器318包括电流比较器。在另一实施例中，检测信号和阈值电压TH 320是电压信号。在 所述实施例中，信号比较器318包括电压比较器。在这些实施例中，通过端子335接收的检 测信号反映了在功率开关365断开期间在电源的输出上的电压。在这些实施例中，信号比 较器318被连接，以指示何时检测信号大于阈值TH 320或者小于阈值TH 320，以确定何时 功率的采样输出大于或者小于阈值。10
如实施例中所示出的，锁存器316被连接，以采样信号比较器318的输出，从而在 由采样信号tsampl；322确定的采样时刻产生采样输出信号Ufb 314。在一个实施例中，根据本 发明教导，采样反馈信号Ufb 314是电源的采样输出。如所描绘的实施例中示出的，采样信号生成器350响应于驱动信号336而生成采 样信号tsampl；322。采样信号tsample 322的采样时刻由功率开关365断开的时间所确定，并延 迟一采样延迟时间。在一个实施例中，驱动信号336被连接，以禁止采样信号生成器350在 功率开关365的接通期间导致锁存器316重采样Ufb 314。在一个实施例中，驱动信号336 被连接，以使采样信号生成器350仅在功率开关365的断开期间能够导致锁存器316重采 样叫8 314。在一个实施例中，采样信号生成器350接收驱动信号336，并且将驱动信号336 延迟所述采样延迟时间，以在跟随驱动信号336的下降沿的一延迟之后生成采样信号 tsample322。在一个实施例中，采样延迟时间是2. 5微秒。因此，在所述实施例中，在驱动信 号336的下降沿之后的2. 5微秒处一其处于功率开关365在一个接通时间之后的2. 5微 秒的断开期间处，信号比较器318的输出被锁存器316采样。在该时刻，假定被连接至电源 的输出绕组的二极管仍导通电流，从而在功率开关的断开期间，锁存器316能够锁存电源 的能量传递元件输入上的信号。在一个实施例中，根据本发明的教导，在功率开关365接通 期间，电源的采样输出被禁止重采样。在另一些实施例中，驱动信号336的下降沿之后一即信号比较器318的输出被锁 存器采样一的这段时间可以是一段可变时间，其基于例如开关365的接通期间流入开关 365的峰值电流等因素，或者依赖于开关传导型时序电路312的状态。在又一些实施例中， 驱动信号336的下降沿之后一即信号比较器318的输出被锁存器316采样一的这段时间 可以是一个可变时间，其基于在端子335接收的信号幅度的变化，所述信号在一个实施例 中可以被用作输出二极管例如图1中的二极管149已停止导通电流的指示。如所描绘的实施例中示出的，限流电路368也包括在电源控制器321中。在一个 实施例中，限流电路368包括被连接至与门346的电流极限比较器344。在一个实施例中， 电流极限比较器将与通过功率开关365的电流成比例的信号342和从开关传导型时序电路 312接收的限流参考Iumit332相比较。在一个实施例中，限流参考Iumit332基于开关传导型 时序电路312的电流状态S。在操作时，电流极限比较器344的输出的一个实施例变为高，以指示何时通过功 率开关365的电流达到由开关传导型时序电路312确定的限流参考值Iumit332。当功率 开关365接通而瞬间地释放寄生电容时，驱动信号336在被施加至与门346的输入352之 前，被上升沿消隐电路(blanking circuit) 3 所延迟，以阻止输入至开关传导型时序电路 312的限流348指示错误的限流条件。响应于指示功率开关365中的电流达到限流参考值 Ilimit332的限流输入348，开关传导型时序电路312通过信号3 和与门334的操作而指示 功率开关365终止其导通。如图解的实施例所示出的，开关传导型时序电路312包括两个输出。开关传导型 时序电路312的第一输出3 被与门334所门控，以生成驱动信号336，从而接通或者断开 功率开关365。传导型时序电路312的第二输出332设置由电流极限比较器344接收的限 流参考Iumit332。因此，根据本发明的教导，在一个实施例中，开关传导型时序电路312允许或禁止功率开关365在每一开关周期中导通，在一允许周期期间控制导通的终止，以及设 置功率开关365—在其被允许之后一断开时的电流极限。为了解释，图4示出了根据本发明教导的状态机的各种状态以及相应的参数的一 个实施例，所述状态机被包括在实施一种控制技术的开关传导型时序电路中。如图4中图 解的一个实施例所示出的，多个状态Sl至S14可被包括在开关传导型时序电路的状态机 中。在一个实施例中，图4中描述的状态机是可被包括在可用于代替图3的开关传导型时 序电路312的开关传导型时序电路中的状态机的一个实施例。在一个实施例中，状态机将 根据预定数目(例如，3或7)个连续个电源采样输出Ufb的低或高值，从一种状态到下一状 态或者前一状态转变。如所描绘的实施例示出的，当状态机操作在状态Sl时，电流极限Lumit被设置为预 定电流极限的100%。如果电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟 周期中被允许。如果电源的采样输出Ufb高，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中 被禁止。应注意，当电源的采样输出^低时，电源的采样输出小于一个阈值。当电源的采 样输出Ufb高时，电源的采样输出大于该阈值。当状态机操作在状态S2时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的100%。如果 电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源的 采样输出Ufb高，则功率开关的下两个开关周期在下两个连续的时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S3时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的90%。如果 电源的采样输出Ufb3低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源 的采样输出Ufb高，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S4时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的90%。如果 电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源的 采样输出Ufb高，则功率开关的下两个开关周期在下两个连续的时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S5时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的80%。如果 电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源的 采样输出Ufb高，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S6时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的80%。如果 电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源的 采样输出Ufb高，则功率开关的下两个开关周期在下两个连续的时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S7时，电流极限Lumit被设置为预定电流极限的70%。如果 电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被允许。如果电源的 采样输出Ufb高，则功率开关的下一开关周期在下一时钟周期中被禁止。当状态机操作在状态S8、S9、S10、Sl 1、S12、S13或S14时，电流极限Lumit被设置 为预定电流极限的70%。如果电源的采样输出Ufb低，则功率开关的下一开关周期在下一 时钟周期中被允许。当状态机操作在S8、S9、S10、S11、S12、S13或S14时，如果电源的采样 输出Ufb高，则功率开关的接下来的2、4、8、16、32、64或者1 个开关周期分别地在接下来 的2、4、8、16、32、64或者128个连续时钟周期中分别地被禁止。因此，应理解，在一个实施例中，当电源的采样输出大于阈值时，响应于电源的采 样输出大于阈值，开关传导型时序电路被连接，以禁止功率开关在一个或多个随后连续的时钟周期中被切换。但是，当电源的采样输出小于阈值时，响应于电源的采样输出小于阈 值，开关传导型时序电路被连接，以允许功率开关在下一时钟周期期间被切换。在所描述的 实施例中还应理解，在所述的实施例的所有状态Sl至S14中，至少一个被允许的周期紧随 在预定数目的禁止周期后。应理解，在电路中，低逻辑值和高逻辑值可通过电路中的合适的逻辑倒置被轻易 地反转。随后的对应被禁止的周期的开关周期的数目依赖于每一具体状态。在图4所描述 的实施方案中，观察到从状态S7开始，当限流Lumit处于其70%的最低设置时，禁止周期的 数目以二次方增加，从状态S7中的1个禁止周期加倍至S8中的2个禁止周期，继续至最高 状态S14中的1 个禁止周期。应理解，在所述实施例中的禁止周期以二次方增长是一种 方便，并且其他一些实施例可为未来的禁止周期使用不同的时序(schedule)。应理解，在另 一些实施例中，状态机的各种状态可为电流极限Lumit选择不同的百分数设置，其中例如最 低电流极限可以是40%或者更少，而非图4中给出的实施例的70%。本发明所示出的实施例的上述说明，包括摘要中所说明的，不旨在是穷举性的或 者限于所公开的精确形式。这里描述的本发明的实施例的具体实施方案用于解释的目的， 在不背离本发明的更宽广的精神和范围的前提下，各种等同改型是可能的。确实，应理解， 根据本发明的教导，具体的电压、电流、频率、功率范围值、时间等被提供用于解释的目的， 以及其他一些值可在其他实施方案和实施例中被采用。可根据上面详细的说明，对本发明的实施例作出这些改型。在下面的权利要求中 所使用的术语不应解释为用于将本发明限制在本说明书和权利要求中公开的具体细节处。 相反，完全由随后的权利要求来确定范围，随后的权利要求根据已建立的对权利要求的解 释的法律原则而被构建。因此，本说明书和附图是解释性而非限制性的。
权利要求
1.一种用在电源中的电源控制器，包括功率开关，被连接在第一和第二端子之间，所述第一端子被连接至电源的正输入供电 轨，所述第二端子被连接至电源的能量传递元件；采样电路，被连接至第三端子，所述采样电路被连接以采样功率开关断开期间的电源 的能量传递元件输入上的信号，从而提供电源的采样输出，其中在功率开关的接通期间，所 述电源的采样输出禁止被采样电路重采样；和控制电路，被连接至采样电路和功率开关，所述控制电路被连接，以响应于电源的采样 输出而切换功率开关。
2.如权利要求1的电源控制器，其中所述电源的能量传递元件输入上的信号被连接， 以作为，通过被连接至所述电源的能量传递元件输入的输入的电阻器的电流，而被所述电 源控制器所接收。
3.如权利要求1的电源控制器，其中所述电源的能量传递元件输入上的信号被连接， 以作为，来自被跨接在电源的能量传递元件输入的输入上的电阻分压器的电压而被电源控 制器所接收。
4.如权利要求1的电源控制器，其中所述能量传递元件包括被连接至能量传递元件输 入的变压器的初级绕组。
5.如权利要求1的电源控制器，其中所述控制电路包括被连接至功率开关以及被连接 至采样电路的开关传导型时序电路。
6.如权利要求5的电源控制器，其中所述开关传导型时序电路被连接，以响应于电源 控制器的采样输出大于阈值而禁止功率开关在电源控制器的一个或多个连续的时钟周期 中被切换。
7.如权利要求1的电源控制器，其中所述开关传导型时序电路被连接，以响应于电源 控制器的采样输出小于阈值而允许功率开关在电源控制器的下一时钟周期期间被切换。
8.如权利要求1的电源控制器，其中所述采样电路包括被连接至第三端子的锁存器， 以响应于所述控制电路而锁存功率开关断开期间的所述电源的能量传递元件输入上的信号。
9.如权利要求8的电源控制器，其中所述采样电路进一步包括被连接在所述锁存器和 第三端子之间的信号比较器，所述信号比较器被连接以将所述功率开关断开期间的电源的 能量传递元件输入上的信号与一阈值相比较，所述锁存器被连接以锁存所述信号比较器的 输出。
10.如权利要求1的电源控制器，其中所述在功率开关断开期间的电源的能量传递元 件输入上的信号反映了电源的输出电压。
11.如权利要求1的电源控制器，其中所述在功率开关接通期间的电源的能量传递元 件输入上的信号反映了电源的输入电压。
12.如权利要求11的电源控制器，其中所述采样电路被连接，以采样所述功率开关接 通期间的电源的能量传递元件输入上的信号，从而提供电源的采样输入。
13.如权利要求1的电源控制器，进一步包括被连接至功率开关和控制电路的限流电 路，所述限流电路被连接，以限制通过功率开关的电流。
14.一种电源，包括能量传递元件，具有能量传递元件输入和能量传递元件输出；功率开关，被连接在所述电源的正输入供电轨和能量传递元件输入之间；采样电路，被连接以采样在所述功率开关的断开期间的能量传递元件输入上的信号， 从而提供电源的采样输出，其中在所述功率开关的接通期间禁止所述电源的采样输出被所 述采样电路重采样；和控制电路，被连接至所述采样电路和功率开关，所述控制电路被连接以响应于电源的 采样输出而切换所述功率开关。
15.如权利要求14的电源，其中所述能量传递元件包括变压器，具有被连接至能量传 递元件输入的初级绕组以及被连接至能量传递元件输出的次级绕组。
16.如权利要求15的电源，其中所述在功率开关断开期间的能量传递元件输入上的信 号是初级绕组上的反射电压。
17.如权利要求14的电源，其中所述功率开关包括一个η沟道M0SFET，所述η沟道 MOSFET具有被连接至所述能量传递元件输入的源极端子、被连接至所述电源的正输入供电 轨的漏极端子，以及被连接至所述控制电路的栅极端子。
18.如权利要求14的电源，进一步包括连接在所述采样电路和能量传递元件输入之间 的电阻器，其中所述信号是通过所述电阻器的电流，并且所述信号反映了在所述功率开关 断开期间的能量传递元件输入上的电压。
19.如权利要求14的电源，进一步包括跨接在所述能量传递元件输入上的电阻分压 器，其中所述信号是从所述电阻分压器接收的电压，并且所述信号反映了在所述功率开关 断开期间的能量传递元件上的电压。
20.如权利要求14的电源，其中所述控制电路包括被连接至所述功率开关以及被连接 至所述采样电路的开关传导型时序电路，所述开关传导型时序电路被连接，以响应于电源 的采样输出大于阈值，在一个或多个随后连续的时钟周期中禁止功率开关被切换。
21.如权利要求20的电源，进一步包括被连接至所述功率开关和所述控制电路的开关 传导型时序电路的限流电路，所述限流电路被连接，以响应于从所述控制电路的开关传导 型时序电路接收的电流极限信号来限制通过所述功率开关的电流。
22.如权利要求14的电源，其中所述控制电路包括被连接至所述功率开关和被连接至 所述采样电路的开关传导型时序电路，所述开关传导型时序电路被连接，以响应于电源的 采样输出小于阈值，允许所述功率开关在下一时钟周期被切换。
23.如权利要求14的电源，其中所述采样电路包括锁存器，该锁存器被连接，以响应于 所述控制电路，锁存在所述功率开关断开期间的电源的能量传递元件输入上的信号。
24.如权利要求23的电源，其中所述采样电路进一步包括被连接至所述锁存器的信号 比较器，所述信号比较器被连接，以接收阈值和所述电源的能量传递元件输入上的信号，所 述锁存器被连接，以锁存所述信号比较器的输出。
25.—种控制电源的方法，包括切换被连接在正输入供电轨和能量传递元件的能量传递元件输入之间的功率开关；响应于所述开关的切换，将能量从所述能量传递元件输入传递至能量传递元件输出；在所述功率开关断开期间将所述能量传递元件输出上的信号反射至所述能量传递元 件输入；在所述功率开关断开期间采样所述能量传递元件输入上的信号，以提供所述电源的采 样输出；在所述功率开关接通期间，禁止所述电源的采样输出被重采样；和响应于所述电源的采样输出而控制所述功率开关的切换。
26.如权利要求25的控制电源的方法，其中所述的在所述功率开关断开期间采样所述 能量传递元件输入上的信号，包括接收通过被连接至能量传递元件输入的电阻器的电流， 其中所述电流反映了在所述功率开关断开期间的能量传递元件输入上的电压。
27.如权利要求25的控制电源的方法，其中所述的在所述功率开关断开期间采样所述 能量传递元件输入上的信号，包括接收来自跨接在能量传递元件输入上的电阻分压器的电 压，其中所述来自电阻分压器的电压反映了在所述功率开关断开期间的能量传递元件上的 电压。
28.如权利要求25的控制电源的方法，进一步包括将所述功率开关断开期间的来自所 述能量传递元件输入的采样信号与一阈值相比较。
29.如权利要求观的控制电源的方法，进一步包括响应于所述电源的采样输出大于该 阈值，禁止所述功率开关在一个或多个随后的时钟周期中被切换。
30.如权利要求观的控制电源的方法，进一步包括响应于所述电源的采样输出小于该 阈值，允许所述功率开关在下一时钟周期期间被切换。
31.如权利要求25的控制电源的方法，进一步包括响应于所述电源的采样输出而调整 所述功率开关的电流极限。
全文摘要
本发明公开了一种用于高压侧输入绕组调整的方法和装置，其中一电源控制器被定位在高压侧或者被连接至功率转换器的正供电轨。一种示例性电源控制电路包括被连接在第一和第二端子的功率开关。所述第一端子被连接至所述电源的正输入供电轨。所述第二端子被连接至所述电源的能量传递元件输入。采样电路被连接至第三端子。所述采样电路被连接，以在功率开关断开期间采样所述电源的能量传递元件输入上的信号，从而提供所述电源的采样输出。在功率开关接通期间所述电源的采样输出禁止被所述采样电路重采样。控制电路被连接至所述采样电路和功率开关，所述控制电路被连接以响应于所述电源的采样输出而切换功率开关。
文档编号H02M3/335GK102044969SQ20101051057
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月14日
发明者D·M·H·马修斯 申请人:电力集成公司